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Sistemas de sensoriamento ópticos distribuídos aplicados ao setor de energia

This work presents the development of two distributed sensor systems based on optical fiber applied to the energy sector. The first one is a distributed acoustic sensor (DAS) based on Rayleigh backscatter, applied to the oil and gas extraction sector. The second one is a vibration sensor based on ti...

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Autor principal:	Costa, Igor Brutkowski Vieira da
Formato:	Tese
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2022
Assuntos:	Fibras ópticas Detectores Rayleigh, Ondas de Espalhamento (Física) Interferometria Detectores ópticos Optical fibers Detectors Rayleigh waves Scattering (Physics) Interferometry Optical detectors CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA Engenharia Elétrica
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30309
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id	riut-1-30309
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spelling	riut-1-303092022-12-16T06:06:55Z Sistemas de sensoriamento ópticos distribuídos aplicados ao setor de energia Distributed optical sensing systems applied to the energy sector Costa, Igor Brutkowski Vieira da Silva, Jean Carlos Cardozo da https://orcid.org/0000-0003-2310-9159 http://lattes.cnpq.br/9949032159595994 Martelli, Cicero https://orcid.org/0000-0003-0408-7847 http://lattes.cnpq.br/9188974272555318 Bavastri, Carlos Alberto https://orcid.org/0000-0002-4048-6709 http://lattes.cnpq.br/5492419330148344 Silva, Jean Carlos Cardozo da https://orcid.org/0000-0003-2310-9159 http://lattes.cnpq.br/9949032159595994 Pelegrin, Jessé de https://orcid.org/0000-0001-7055-9123 http://lattes.cnpq.br/5213167688541380 Dreyer, Uilian José https://orcid.org/0000-0001-9720-4410 http://lattes.cnpq.br/6015434912116988 Oliveira, Valmir de https://orcid.org/0000-0001-5731-6127 http://lattes.cnpq.br/1276189869170012 Fibras ópticas Detectores Rayleigh, Ondas de Espalhamento (Física) Interferometria Detectores ópticos Optical fibers Detectors Rayleigh waves Scattering (Physics) Interferometry Optical detectors CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA Engenharia Elétrica This work presents the development of two distributed sensor systems based on optical fiber applied to the energy sector. The first one is a distributed acoustic sensor (DAS) based on Rayleigh backscatter, applied to the oil and gas extraction sector. The second one is a vibration sensor based on time domain optical reflectometry (OTDR) combined with the Sagnac interferometry technique, applied for the detection of partial discharges in machines and electrical cables. The topology chosen for the DAS system was the amplitude demodulation of the backscattered signal (COTDR), the choice was defined based on the study of topologies, system requirements and component studies. To validate the system, simple tests to determine the speed of sound in the air and to determine the speed of propagation of mechanical waves in steel pipes were defined, the system presented good performance. The main features of the developed DAS system are spatial resolution of 1 m and sensor fiber with 2 km of length. The DAS system developed in this work was of fundamental importance for the continuity of the development of the system. The second sensor system has the main feature in the use of a low coherence light source. This characteristic makes the system more economical, allowing its use in less noble applications, but as important as the oil and gas extraction sector. The proposed system has a spatial resolution of 50 m. To validate the system and evaluate its ability to identify and locate electrical discharges, two tests were defined. In the first electrical discharges were applied to a conductive plate instrumented with optical fiber and in the second electrical discharges were applied to a section of insulated electrical cable instrumented with optical fiber. In both tests, the sensor system based on Sagnac interferometry was able to locate and identify the applied electrical discharges. The initial study of the system showed promising results, creating numerous possibilities for improvement. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Petróleo Brasileiro (Petrobrás) Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de dois sistemas sensores distribuídos baseados em fibra óptica aplicados ao setor de energia. O primeiro sistema é um sensor distribuído acústico (DAS) baseado no retroespalhamento Rayleigh, aplicado ao setor de extração de óleo e gás. O segundo sistema sensor é um sensor de vibração baseado no na reflectometria óptica no domínio do tempo (OTDR) aliado a técnica da interferometria de Sagnac, aplicado para a detecção de descargas parciais em máquinas e cabos elétricos. A topologia escolhida para o sistema DAS foi a demodulação por amplitude do sinal retroespalhado (COTDR), sua escolha foi definida com base em estudo de topologias, requisitos do sistema e estudos de componentes. Para de validar o sistema foram definidos ensaios simples de determinação da velocidade do som no ar e de determinação de velocidade de propagação de ondas mecânicas em tubulação de aço onde o sistema apresentou bom desempenho. As principais características do sistema DAS desenvolvido são resolução espacial de 1 m e fibra sensora com 2 km de comprimento. O sistema DAS desenvolvido neste trabalho foi de fundamental importância para a continuidade do desenvolvimento do sistema. O segundo sistema sensor possui a principal característica no uso de uma fonte de luz com baixa coerência. Essa característica faz com que o sistema apresente maior viabilidade econômica, propiciando seu uso em aplicações menos nobre, mas tão importantes quanto o setor de extração de óleo e gás. O sistema proposto possui resolução espacial de 50 m. Para validação do sistema e avaliação de sua capacidade de identificar e localizar descargas elétricas foram definidos dois ensaios. No primeiro ensaio foram aplicadas descargas elétricas em uma placa condutora instrumentada com fibra óptica e no segundo ensaio descargas elétricas foram aplicadas a uma seção de cabro elétrico isolado instrumentado com fibra óptica. Em ambos os ensaios o sistema sensor baseado na interferometria de Sagnac foi capaz de localizar e identificar as descargas elétricas aplicadas. O estudo inicial do sistema apresentou resultados promissores, criando inúmeras possibilidades de melhoria. 2022-12-15T20:51:57Z 2032-12-22 2022-12-15T20:51:57Z 2022-09-23 doctoralThesis COSTA, Igor Brutkowski Vieira da. Sistemas de sensoriamento ópticos distribuídos aplicados ao setor de energia. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30309 por embargoedAccess http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR
institution	Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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description	This work presents the development of two distributed sensor systems based on optical fiber applied to the energy sector. The first one is a distributed acoustic sensor (DAS) based on Rayleigh backscatter, applied to the oil and gas extraction sector. The second one is a vibration sensor based on time domain optical reflectometry (OTDR) combined with the Sagnac interferometry technique, applied for the detection of partial discharges in machines and electrical cables. The topology chosen for the DAS system was the amplitude demodulation of the backscattered signal (COTDR), the choice was defined based on the study of topologies, system requirements and component studies. To validate the system, simple tests to determine the speed of sound in the air and to determine the speed of propagation of mechanical waves in steel pipes were defined, the system presented good performance. The main features of the developed DAS system are spatial resolution of 1 m and sensor fiber with 2 km of length. The DAS system developed in this work was of fundamental importance for the continuity of the development of the system. The second sensor system has the main feature in the use of a low coherence light source. This characteristic makes the system more economical, allowing its use in less noble applications, but as important as the oil and gas extraction sector. The proposed system has a spatial resolution of 50 m. To validate the system and evaluate its ability to identify and locate electrical discharges, two tests were defined. In the first electrical discharges were applied to a conductive plate instrumented with optical fiber and in the second electrical discharges were applied to a section of insulated electrical cable instrumented with optical fiber. In both tests, the sensor system based on Sagnac interferometry was able to locate and identify the applied electrical discharges. The initial study of the system showed promising results, creating numerous possibilities for improvement.
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